新生儿低血糖带来的最大危害是造成神经系统损伤，可致严重神经系统后遗症，包括智力运动发育落后、视听障碍、脑瘫、癫疒间等。后遗症出现与否及严重程度，取决于新生儿低血糖的程度、持续时间,以及并存的其他疾病和治疗情况。
葡萄糖和氧是维持脑代谢的最基本物质，脑的能量几乎全部来自葡萄糖的有氧代谢。葡萄糖进入脑细胞后经过一系列酶的催化作用经无氧酵解生成丙酮酸，在有氧情况下，通过三羧酸循环，生成的H+和电子进入呼吸链与氧作用产生大量三磷酸腺苷(ATP)，此为大脑能量的主要来源。脑组织是体内功能活动最复杂、最高级，同时也是耗能最多的组织;大脑与肝脏不同，不能储存糖原，只有靠不断的血液循环供给葡萄糖。新生儿出生时肝脏尚未储存足够的糖原，大脑从肝脏糖原分解获得的葡萄糖有限，而且生后易出现合并症，如缺氧、感染等，会消耗大量能量，因此，新生儿易出现低血糖。
糖尿病母亲的慢性高血糖症，导致胎儿胰岛素生成增加及胰腺过度刺激，引起β细胞高度增生及类似胰岛素活动增加，伴发高胰岛素血症，胎儿娩出后母体供给的葡萄糖突然中断，但又存在高胰岛素血症，从而导致新生儿低血糖。
对于新生儿，当血糖浓度显著下降时，其他物质会替代葡萄糖为大脑提供能量，如乳酸、丙酮酸、游离脂肪酸、甘油、酮酸等。然而，这些不是最佳供能体，因为其前体(蛋白和磷脂)大部分是结构物质(非供能物质)，若使其作为产生能量的储存体，要以大脑结构的破坏为代价，并且能量产生远不及葡萄糖且供能速度慢。新生儿出生后神经系统发育迅速，对能量的需要量大，发生低血糖时，脑细胞不能得到足够的能量供给，正常代谢将会受到影响。当大脑不能从外界得到足够能量时，乳酸形成减少，脑内pH值增加，造成组织碱中毒;能量依赖的离子泵运转失常，不能维持细胞膜内外的离子梯度，引起Na+、Ca2+内流，K+外流，继而引起水分子内流，细胞水肿;钙离子的内流，激活细胞磷脂酶和蛋白酶，改变了线粒体的新陈代谢,使氧自由基增加;与此同时，游离脂肪酸和氨基酸代谢障碍，谷氨酸、天门冬氨酸等具有兴奋性神经毒素作用，能与神经树突状细胞、神经纤维网受体结合，使线粒体肿胀、细胞变形、溶解，最终引起神经元坏死。
低血糖与脑损伤的关系血糖值越低，其所提供的能量就越少，脑细胞的损伤就越重。当血糖值低于1.7mmol/L时，脑损伤的发生率大大增加。近期有美国学者也提出该看法，认为血糖值低于1.7mmol/L时，头颅MRI表现会更严重。低血糖是否能造成脑损伤，除低血糖水平外，还取决于低血糖持续的时间，但是可以肯定的是，低血糖持续的时间越久，脑损伤程度越重。